DE102005026928A1 - Analog to digital conversion process for an input signal with high dynamics amplifies and converts signals in at least two channels with at least one having an over control limiter - Google Patents

Analog to digital conversion process for an input signal with high dynamics amplifies and converts signals in at least two channels with at least one having an over control limiter Download PDF

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Abstract

Method of analog-to-digital conversion of a high dynamic input signal (Sa) comprises applying it to at least two channels (K1-n), amplifying (V1-n) all signals by appropriate channel factors and A-to-D conversion of each channel. Signals are limited to avoid an over-control of the A-to-D conversion used (ADC1-n). An independent claim is also included for a device for the above process.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf eine Vorrichtung zur Analog-Digital-Wandlung eines Eingangssignals mit hoher Dynamik, insbesondere von breitbandigen Eingangssignalen, wie sie bei der Zeitbereichsmessung von Störaussendungen im Bereich der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) auftreten.The The present invention relates to a method and to a Device for analog-to-digital conversion of an input signal with high dynamics, especially of broadband input signals, as in the time domain measurement of emissions in the area of electromagnetic compatibility (EMC) occur.

Aufgrund der rapiden Entwicklung von neuen elektronischen Produkten und aufgrund des Entstehens neuer Technologien stellt die Fähigkeit, eine elektromagnetische Kompatibilität zu erreichen und zu verbessern, eine Hauptherausforderung bei der Entwicklung elektronischer Produkte dar. Zur Messung der Störaussendungen elektrischer und elektronischer Systeme zur Untersuchung der elektromagnetischen Verträglichkeit derselben werden gegenwärtig hauptsächlich Messempfänger verwendet, die sequentiell enge Frequenzbänder der Störsendung messen, wodurch eine genaue Messung des Leistungsspektrums der Störaussendungen ermöglicht wird. Solche Messempfänger sind beispielsweise von P. Weiß, u.a., in „EMVU-Messtechnik", Vieweg Verlag, ISBN 3-528-03901-9, 2000 beschrieben und basiert auf dem Standard CISPR 16-1 und CISPR 16-2 (CISPR = Specification for Radio Disturbance and Immunity Measuring Apparatus and Methods; Part 1: Radio Disturbance and Immunity Measuring Apparatus; Part 2: Methods of Measurements of Disturbances and Immunity). Aufgrund der sequentiellen Messung ist diese Vorgehensweise jedoch mit dem Nachteil behaftet, dass die sich einstellenden Messzeiten sehr lang sind.by virtue of the rapid development of new electronic products and due the emergence of new technologies represents the ability to create an electromagnetic compatibility To achieve and improve, a major challenge in the development electronic products. To measure the emission of electrical noise and electronic systems for the study of electromagnetic compatibility they become the same mainly measuring receivers used to measure sequentially narrow frequency bands of the jamming, creating a accurate measurement of the power spectrum of the emissions is possible. Such measuring receivers are for example from P. White, et al., in "EMVU Messtechnik", Vieweg Verlag, ISBN 3-528-03901-9, 2000 and is based on the standard CISPR 16-1 and CISPR 16-2 (CISPR = Specification for Radio Disturbance and Immunity Measuring Apparatus and Methods; Part 1: Radio Disturbance and Immunity Measuring Apparatus; Part 2: Methods of Measurements of Disturbances and Immunity). Due to the sequential measurement However, this approach has the disadvantage that the measuring times are very long.

Ein bekanntes Verfahren, welches zu wesentlich verkürzten Messzeiten führt, besteht darin, die zu messenden Störsig nale im Zeitbereich zu erfassen, breitbandig zu digitalisieren und durch eine digitale Signalauswertung das Leistungsspektrum sowie andere relevante Daten zu berechnen.One known method, which leads to significantly shorter measurement times exists in it, the disturbance signals to be measured to record in the time domain, to digitize in broadband and by a digital signal evaluation the power spectrum as well as others calculate relevant data.

Auf dem Gebiet der EMV-Messtechnik im Zeitbereich existieren bereits einige wissenschaftliche Vorarbeiten, wie beispielsweise von C. Keller, K. Feser, „Fast Emission Measurement In Time Domain", EMC Zürich, Papier Nr. 70K7, 2/2001, E. L. Bronaugh, „An Advanced Electromagnetic Interference Meter for the Twenty-First Century", EMC Zürich, Papier Nr. 42H5, 3/1989, U. Reinhardt, K. Feser, K. Feurer, „Vergleich von EMV-Messungen im Frequenz- und Zeitbereich anhand praktischer Beispiele aus der Fahrzeugtechnik", S. 729–738, EMV 96, ISBN 3-8007-2164-3, VDE Verlag, A.S. Podgorski, A. Kälin, J. Baran, „Neuartige elektromagnetische Systeme für Emissions- und Suszeptibilitätsprüfungen mittels breitbandigen CW- und Impulsmessungen", S. 475–482, EMV 98, ISBN 3-8007-2324-7, VDE Verlag, J. Wilbert, H. Henning, H. Schwarz, „Eine schnelle Methode im Zeitbereich zur Emissionsmessung bei Schienenfahrzeugen", S. 649–656, EMV 98, ISBN 3-8007-2324-7, VDE Verlag, und A. Schütte, H.C. Kärner, „Comparison of Time Domain and Frequency Domain Electromagnetic Susceptibility Testing", IEEE EMC, S. 64–67, Chicago, Aug. 1994. Ferner wird ein Beispiel für die Erfassung von Störaussendungen im Zeitbereich in der DE 103 92 151 A1 beschrieben.There are already some preliminary scientific work in the area of time-domain EMC measurement technology, such as C. Keller, K. Feser, "Fast Emission Measurement In Time Domain", EMC Zurich, Paper No. 70K7, 2/2001, EL Bronaugh, "Advanced Electromagnetic Interference Meter for the Twenty-First Century", EMC Zurich, paper no. 42H5, 3/1989, U. Reinhardt, K. Feser, K. Feurer, "Comparison of EMC measurements in the frequency and time domain Practical examples from the vehicle technology ", P. 729-738, EMV 96, ISBN 3-8007-2164-3, VDE Verlag, AS Podgorski, A. Kälin, J. Baran," Novel electromagnetic systems for emission and susceptibility testing by means of broadband CW and Pulse Measurements ", pp. 475-482, EMV 98, ISBN 3-8007-2324-7, VDE Verlag, J. Wilbert, H. Henning, H. Schwarz," A fast method in the time domain for emission measurement in rail vehicles " 649-656, EMV 98, ISBN 3-8007-2324-7, VDE Verlag, and A. Schütte, HC Kärner, "Comparison of Time Domain and Frequency Domain Electromagnetic Susceptibility Testing", IEEE EMC, pp. 64-67, Chicago, Aug. 1994. Further, an example of the detection of time-domain noise in the DE 103 92 151 A1 described.

Der Nachteil dieser gerade beschriebenen Verfahren zur Messungen von Störaussendungen im Zeitbereich besteht darin, dass aufgrund der begrenzten Bitzahl breitbandiger Analog-Digital-Wandler der Dynamikumfang solcher Zeitbereichsmesssysteme wesentlich geringer ist als die Dynamik analoger Systeme.Of the Disadvantage of these just described methods for the measurements of Emissions in the time domain is that due to the limited number of bits broadband analog-to-digital converter the dynamic range of such time domain measuring systems much lower is the dynamics of analog systems.

Zur Erhöhung der Dynamik von Analog-Digital-Wandlern kann in diesem Zusammenhang beispielsweise die Bitzahl erhöht werden, was jedoch zu einer exponentiellen Erhöhung der Komplexität der sich ergebenden Spaltung führt. So verdop pelt sich pro Bit bei einem Analog-Digital-Wandler, der nach dem Flash-Prinzip arbeitet, die Komplexität der Wandlerschaltung und aus diesem Grund stehen derzeit keine hochauflösenden Analog-Digital-Wandler mit hohen Abtastraten zur Verfügung.to increase The dynamics of analog-to-digital converters may be in this context for example, increases the number of bits which, however, leads to an exponential increase in the complexity of itself resulting splitting leads. So doubles per bit in an analog-to-digital converter, the After the flash principle works, the complexity of the converter circuit and For this reason, there are currently no high-resolution analog-to-digital converters with high sampling rates available.

Im Stand der Technik sind andere Konzept zur Erhöhung der Dynamik von Analog-Digital-Wandlern bekannt. Gemäß der DE 29 46 502 A1 werden mehrere Analog-Digital-Wandler mit festen Verstärkungen parallel geschaltet. In der DE 36 11 922 A1 wurde 1987 ein Verfahren vorgestellt, welches mehrere Analog-Digital-Wandler verwendet. Ferner wird ein Verfahren beschrieben, welches die Signale der verschiedenen Analog-Digital-Wandler zu einem Signal zusammenfügt. Aus der DE 38 20 144 A1 ist ein System bekannt, welches zusätzlich einstellbare Verstärker verwendet. Die DE 195 02 047 C2 beschreibt zusätzlich eine Korrektur bei unbekannten Verstärkungsfaktoren.Other concepts for increasing the dynamics of analog-to-digital converters are known in the art. According to the DE 29 46 502 A1 Several analog-to-digital converters with fixed gains are connected in parallel. In the DE 36 11 922 A1 1987, a method was presented which uses several analog-to-digital converters. Furthermore, a method is described, which assembles the signals of the various analog-to-digital converters into a signal. From the DE 38 20 144 A1 a system is known which additionally uses adjustable amplifiers. The DE 195 02 047 C2 additionally describes a correction for unknown gain factors.

Somit lässt sich der Nachteil der begrenzten Bitzahl breitbandiger Analog-Digital-Wandler dadurch umgehen, dass das zu wandelnde Analogsignal in zwei oder mehrere unterschiedlich verstärkte analoge Signalzweige aufgeteilt wird und die Signale in den Zweigen anschließend digitalisiert werden, wobei in jedem Kanal ein unterschiedlicher Amplitudenbereich des Analogsignals erfasst wird. Bei der nachfolgenden digitalen Verarbeitung kann dann in bekannter Weise aus den einzelnen digitalisierten Analogkanälen ein digitales Signal gewonnen werden, welches das ursprüngliche Analogsignal mit einer hohen Dynamik wiedergibt.Consequently let yourself the disadvantage of the limited number of bits of broadband analog-to-digital converters Bypass that the analog signal to be converted into two or three several differently amplified analogues Signal branches is divided and then digitized the signals in the branches be, with in each channel a different amplitude range of the analog signal is detected. In the following digital Processing can then in a known manner from the individual digitized analog channels be obtained digital signal, which is the original Analog signal reproduces a high dynamics.

Der Nachteil dieser Vorgehensweise besteht jedoch darin, dass die einzelnen Kanäle bei Überschreiten eines zugeordneten Amplitudenlimits übersteuert werden und in die Sättigung gehen. Erst nach einer vorbestimmten Totzeit kann dieser Sättigungsbereich wieder verlassen werden.Of the Disadvantage of this procedure, however, is that the individual channels when crossing an associated amplitude limit are overridden and in the saturation walk. Only after a predetermined dead time can this saturation region be left again.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Analog-Digital-Wandlung eines Eingangssignals mit hoher Dynamik zu schaffen, wobei ein Überschreiten des Amplitudenlimits in einzelnen Kanälen und die damit einhergehende Sättigung vermieden wird, so dass unerwünschte Totzeiten nicht auftreten.outgoing from this prior art, the present invention is the Task, an improved method and an improved device for analog-to-digital conversion to provide an input signal with high dynamics, wherein an exceeding the amplitude limit in individual channels and the associated saturation is avoided, so that unwanted Dead times do not occur.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 20 gelöst.These The object is achieved by a method according to claim 1 and by a Device according to claim 20 solved.

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur Analog-Digital-Wandlung eines Eingangssignals mit hoher Dynamik, mit folgenden Schritten:

  • (a) Anlegen des Eingangssignals an zumindest zwei Kanäle;
  • (b) Verstärken des Eingangssignals in jedem der Kanäle mit einem dem jeweiligen Kanal zugeordneten Verstärkungsfaktor;
  • (c) Analog-Digital-Wandeln des verstärkten Eingangssignals in jedem der Kanäle; und
  • (d) Begrenzen des zur Analog-Digital-Wandlung anstehenden Signals in zumindest einem der Kanäle, um eine Übersteuerung des verwendeten Analog-Digital-Wandlers zu vermeiden.
The present invention provides a method for analog-to-digital conversion of a high dynamic input signal comprising the steps of:
  • (a) applying the input signal to at least two channels;
  • (b) amplifying the input signal in each of the channels with a gain factor associated with the respective channel;
  • (c) analog-to-digital converting the amplified input signal in each of the channels; and
  • (d) limiting the analog-to-digital conversion signal in at least one of the channels to avoid overdriving the analog-to-digital converter used.

Die vorliegende Erfindung schafft ferner eine Vorrichtung zur Analog-Digital-Wandlung eines Eingangssignals mit hoher Dynamik, mit
einem Eingang zum Anlegen des Eingangssignals an zumindest zwei Kanäle;
einem Verstärker in jedem der Kanäle mit einem dem jeweiligen Kanal zugeordneten Verstärkungsfaktor;
einem Analog-Digital-Wandler in jedem der Kanäle; und
einem Begrenzer in zumindest einem der Kanäle, um eine Übersteuerung des Analog-Digital-Wandlers zu vermeiden.The present invention further provides an apparatus for analog-to-digital conversion of a high dynamic input signal
an input for applying the input signal to at least two channels;
an amplifier in each of the channels having a gain factor associated with the respective channel;
an analog-to-digital converter in each of the channels; and
a limiter in at least one of the channels to avoid overdriving the analog-to-digital converter.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die oben beschriebenen Probleme im Stand der Technik somit dadurch gelöst, dass vor der eigentlichen Digitalisierung der einzelnen Analogkanäle Begrenzer ohne Speichereffekt vorgesehen sind, so dass die einzelnen Amplitudenkanäle unterschiedlich begrenzt werden und Sättigungseffekte vermieden werden.According to the present Invention will be the above-described problems in the prior art thus solved by that before the actual digitization of the individual analog channels limiter are provided without memory effect, so that the individual amplitude channels limited differently become and saturation effects be avoided.

Erfindungsgemäß ist die Begrenzung nicht in jedem der Kanäle erforderlich. Ob eine Begrenzung tatsächlich erforderlich ist, hängt von dem in einem Kanal verarbeiteten Amplitudenbereich ab. Ein Kanal, der nur einen niedrigen Amplitudenbereich abtastet (Kanal mit hoher Empfindlichkeit), wird einen Begrenzer aufweisen, da die Überschreitung der maximal verarbeitbaren Amplitude den Analog-Digital-Wandler übersteuern würde. Mit abnehmender Empfindlichkeit der Kanäle wird die Gefahr einer Übersteuerung abnehmen, wobei in dem Kanal mit der geringsten Empfindlichkeit, also dem Kanal, der ausgelegt ist, den gesamten Amplitudenbereich des Eingangssignal abzutasten, eine Übersteuerung im Regelfall nicht auftreten wird. In diesem Kanal ist der Analog-Digital-Wandler ausgestaltet, um Signale mit Amplituden über den gesamten zu erwartenden Amplitudenbereich zu verarbeiten.According to the invention Limitation not required in each of the channels. Whether a limitation is actually required is, hangs from the amplitude range processed in a channel. A channel, which scans only a low amplitude range (channel with high Sensitivity), will have a limiter, since the overshoot the maximum processable amplitude override the analog-to-digital converter would. As the sensitivity of the channels decreases, there is a risk of overdriving decrease in the channel with the lowest sensitivity, So the channel that is designed, the entire amplitude range of the input signal, an override usually not will occur. In this channel, the analog-to-digital converter is designed to receive signals with amplitudes over to process the entire expected amplitude range.

Aus Sicherheitsgründen kann jedoch vorgesehen sein, dennoch eine Begrenzung in allen Kanälen vorzusehen, um eine etwaige Übersteuerung aufgrund von hohen Signalpegeln, die auf andere Weise als durch das Eingangssignal hervorgerufen werden, sicher zu vermeiden.Out security However, it may be provided to nevertheless provide a limit in all channels, for a possible override due to high signal levels other than through the input signal caused to be sure to avoid.

Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ist im Zusammenhang mit Funkstörmessempfängern dahin gehend vorteilhaft, dass sich eine zusätzliche Verkürzung der Messzeit ergibt. Gegenüber den oben im Stand der Technik beschriebenen Analog-Digital-Wandlerkonzepten lässt sich erfindungsgemäß eine höhere Dynamik erreichen, da das System auf das Eingangssignal anpasst ist. Während sich bei einer Erhöhung des Dynamikbereichs um 6 dB die Schaltungskomplexität verdoppelt, erhöht sich erfindungsgemäß die Dynamik pro Analog-Digital-Wandler um ca. 18 dB. Ein herkömmlicher Analog-Digital-Wandler, welcher eine vergleichbare Dynamik zur Verfügung stellen könnte, benötigt die 8-fache Komplexität der Analog-Digital-Wandler-Schaltung.The inventive approach is in the context of RFI receivers there Going advantageous that an additional shortening of Measuring time results. Across from the analog-to-digital converter concepts described above in the prior art let yourself according to the invention a higher dynamics because the system adapts to the input signal. While at an increase of the dynamic range doubles the circuit complexity by 6 dB, elevated according to the invention the dynamics per analog-to-digital converter by approx. 18 dB. A conventional one Analog-to-digital converters which provide comparable dynamics could, needed 8 times the complexity the analog-to-digital converter circuit.

Vorzugsweise wird das Eingangssignal von einem System zur Zeitbereichsmessung der Störaussendungen im Bereich der elektromagnetischen Verträglichkeit erhalten und dem erfindungsgemäßen System bestehend aus mehreren Kanälen zur Signalverstärkung und Analog-Digital-Wandlung bereitgestellt. Das zu messende Signal wird auf zwei oder mehrere Kanäle aufgeteilt, in jedem dieser Kanäle mit einem unterschiedlichen Verstärkungsfaktor verstärkt und anschließend in jedem der Kanäle über eine Analog-Digital-Wandlung in ein digitales Signal umgesetzt. Die einzelnen Kanäle weisen eine unterschiedliche analoge Vorverstärkung auf und in jedem der Kanäle ist im anlogen Vorverstärkerteil, vor dem jeweiligen Analogverstärker oder nach dem Analogverstärker oder zwischen zwei Analogverstärkern ein Begrenzer angeordnet, der die Amplitude des Analogsignals im jeweiligen Kanal begrenzt, so dass die dem Analogkanal nachgeschaltete Analog-Digital-Wandler-Schaltung nicht übersteuert wird.Preferably, the input signal is obtained from a system for time domain measurement of the interference emissions in the field of electromagnetic compatibility and provided to the inventive system consisting of several channels for signal amplification and analog-to-digital conversion. The signal to be measured is divided into two or more channels, amplified in each of these channels with a different amplification factor and then converted into a digital signal in each of the channels via an analog-to-digital conversion. The individual channels have a different analog preamplification and in each of the channels in the anlogue preamplifier part, in front of the respective analog amplifier or after the analog amplifier or between two analog amplifiers, a limiter is arranged, the amplitude of the Ana Logs limited in the respective channel, so that the analog channel downstream analog-to-digital converter circuit is not overridden.

Vorzugsweise sind die Verstärkungsfaktoren der analogen Verstärker einstellbar und weiterhin vorzugsweise erfolgt die Einstellung der Verstärkungsfaktoren der einzelnen Kanäle durch eine Steuerung, welche mit einer digitalen Auswerteschaltung verbunden ist, die das digitalisierte Eingangssignal auswertet. Basierend auf der digitalen Auswer tung erfolgt die Ansteuerung der Steuerung derart, dass diese die einzelnen Kanäle mit Verstärkungsfaktoren ansteuert, um unterschiedliche Amplitudenbereiche des Analogsignals, also des Eingangssignals, in jedem der Kanäle zu erfassen.Preferably are the gain factors of the analog amplifier adjustable and further preferably, the setting of the gains the individual channels by a controller which is connected to a digital evaluation circuit is that evaluates the digitized input signal. Based on the digital evaluation, the control of the controller takes place such that it drives the individual channels with gain factors, to different amplitude ranges of the analog signal, so the Input signal to capture in each of the channels.

Vorzugsweise werden die Ausgangssignale der einzelnen Analog-Digital-Wandler digital derart überlagert, dass die einzelnen Kanäle digital mit einem Gewicht versehen werden, welches invers zum analogen Verstärkungsfaktor ist. Auf diese Weise wird das digitale Ausgangssignal mit einem höheren Dynamikumfang rekonstruiert.Preferably become the output signals of the individual analog-to-digital converters digitally superimposed that the individual channels be digitally weighted, which inversely to the analog gain is. In this way, the digital output signal with a higher dynamic range reconstructed.

Gemäß einem weiteren, bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird das Eingangssignal unter Verwendung eines Leistungsteilers auf die zwei oder mehrere Kanäle aufgeteilt, wobei der Leistungsteiler vorzugsweise ein asymmetrischer Leistungsteiler ist. Vorzugsweise bewirkt der asymmetrische Leistungsteiler eine jeweils unterschiedliche Dämpfung der verschiedenen Kanäle, wobei der empfindlichste Kanal die geringste Dämpfung erfährt. Der Leistungsteiler kann auch durch einen resistiven Leistungsteiler realisiert werden, der zu den jeweiligen Kanälen unterschiedliche Rauschleistungen hinzufügt, wobei hier vorzugsweise der empfindlichste Kanal mit der geringsten Rauschleistung beaufschlagt wird.According to one another, preferred embodiment In accordance with the present invention, the input signal is used a power divider divided into two or more channels, wherein the power divider preferably an asymmetrical power divider is. Preferably, the asymmetrical power divider causes a each different damping the different channels, being the most sensitive channel experiences the least damping. The power divider can can also be realized by a resistive power divider that too the respective channels adds different noise powers, preferably here the most sensitive channel has the lowest noise power becomes.

Wiederum gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist einer oder mehrere der erfindungsgemäß verwendeten Begrenzer als reflexionsarmer Begrenzer realisiert, der den begrenzten Signalanteil reflexionsfrei absorbiert. Vorzugsweise ist der Schwellwert eines oder mehrerer Begrenzer einstellbar, vorzugsweise durch eine Steuerung, welche mit einer digitalen Auswerteschaltung verbunden ist und durch eine digitale Auswertung in der Weise angesteuert wird, so dass die einzelnen Kanäle unterschiedliche Amplitudenbereiche des Analogsignals erfassen.In turn according to one another preferred embodiment is one or more of the limiters used in the invention as low-reflection limiter realizes the limited signal component absorbed without reflection. Preferably, the threshold value is a or more limiter adjustable, preferably by a controller, which is connected to a digital evaluation circuit and by a digital evaluation is driven in such a way, so that the individual channels detect different amplitude ranges of the analog signal.

Vorzugsweise wird die vorliegende Erfindung zur Digitalisierung von Eingangssignalen verwendet, die durch eine Zeitbereichsmessung von Störmessungen im Bereich der elektromagnetischen Verträglichkeit erhalten werden. Alternativ werden die Eingangssignale durch eine Messung einer ESD-Entladung oder durch eine Messung einer Störfestigkeit erhalten.Preferably The present invention is used to digitize input signals used by a time domain measurement of interference measurements be obtained in the field of electromagnetic compatibility. Alternatively, the input signals are determined by a measurement of ESD discharge or by obtained a measurement of immunity.

Allgemein ist die vorliegende Erfindung aber für alle Eingangssignale einsetzbar, die durch eine Zeitbereichsmessung erhalten werden, z.B. allgemeine Störsignale oder Datenübertragungssignale im Ultra Wide Band.Generally However, the present invention can be used for all input signals, obtained by a time domain measurement, e.g. general noise or data transmission signals in Ultra Wide Band.

Bevorzugte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.preferred Further developments of the present invention are defined in the subclaims.

Nachfolgend werden anhand der beiliegenden Zeichnungen bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Es zeigen:following With reference to the accompanying drawings preferred embodiments of the present invention closer explained. Show it:

1 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Analog-Digital-Wandlung mit hoher Dynamik; 1 a preferred embodiment of the inventive device for high-speed analog-to-digital conversion;

2A eine erste Modifikation der in 1 gezeigten Signalverarbeitungseinheit mit einer Mehrzahl von Kanälen; 2A a first modification of the in 1 a signal processing unit having a plurality of channels;

2B eine zweite Modifikation der in 1 gezeigten Signalverarbeitungseinheit mit einer Mehrzahl von Kanälen; 2 B a second modification of the in 1 a signal processing unit having a plurality of channels;

3A einen beispielhaften Aufbau eines erfindungsgemäßen Begrenzers; 3A an exemplary construction of a limiter according to the invention;

3B einen Begrenzer aus 3A mit reduzierten Reflexionen gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und 3B a limiter 3A with reduced reflections according to a preferred embodiment of the present invention; and

4 einen resistiven Leistungsteiler. 4 a resistive power divider.

In der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente oder gleich oder ähnlichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the following description of the preferred embodiments of the present invention will be the same or similar elements or the same or similar Elements provided with the same reference numerals.

1 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Vorrichtung empfängt an einem Eingang bzw. einer Eingangsschaltung 100 ein analoges Eingangssignal SA. Dieses Eingangssignal stammt beispielsweise von einer Zeitbereichsmessung der Störaussendungen im Bereich der elektromagnetischen Verträglichkeit. Der Eingang 100 ist wirksam, um das analoge Eingangssignal SA auf eine Mehrzahl von Kanälen K1 bis Kn zu verteilen. Eine Signalverarbeitungseinheit 102 ist vorgesehen, um die Eingangssignale auf den verschiedenen Kanälen K1 bis Kn zu empfangen und zu verarbeiten. Die Signalverarbeitungseinheit 102 umfasst für jeden der Kanäle einen analogen Vorverstärker V1 bis Vn sowie einen Analog-Digital-Wandler ADC1 bis ADCn. In jedem der Kanäle K1 bis Kn ist zwischen dem Vorverstärker V1 bis Vn und den Analog-Digital-Wandler ADC1 bis ADCn ein Begrenzer B1 bis Bn geschaltet. Die Ausgangssignale der Analog-Digital-Wandler ADC1 bis ADCn werden einem Ausgang bzw. einer Ausgangsschaltung 104 bereitgestellt, um die digitalisierten Ausgangssignale der Signalverarbeitungseinheit 102 in ein kombiniertes digitales Ausgangssignal SD umzuwandeln, welches dann beispielsweise der weiteren Verarbeitung zur Erfassung des Leistungsspektrums und anderer Daten der Störmessung herangezogen wird. 1 shows a preferred embodiment of the device according to the invention. The device receives at an input or an input circuit 100 an analog input signal S A. This input signal comes, for example, from a time domain measurement of the interference emissions in the field of electromagnetic compatibility. The entrance 100 is effective to distribute the analog input signal S A to a plurality of channels K 1 to K n . A signal processing unit 102 is provided to receive and process the input signals on the various channels K 1 to K n . The signal processing unit 102 includes an analog preamplifier for each of the channels ker V 1 to V n and an analog-to-digital converter ADC 1 to ADC n . In each of the channels K 1 to K n , a limiter B 1 to B n is connected between the preamplifier V 1 to V n and the analog-to-digital converter ADC 1 to ADC n . The output signals of the analog-to-digital converters ADC 1 to ADC n are an output or an output circuit 104 provided to the digitized output signals of the signal processing unit 102 into a combined digital output signal S D , which is then used, for example, the further processing for detecting the power spectrum and other data of the interference measurement.

Erfindungsgemäß wird eine Übersteuerung der Analog-Digital-Wandler ADC1 bis ADCn durch das Vorschalten der Begrenzer B1 bis Bn vermieden, wobei es sich hierbei vorzugsweise um Begrenzer ohne Speichereffekt handelt, wodurch die einzelnen Amplitudenkanäle K1 bis Kn unterschiedlich begrenzt werden können, um die unerwünschten Sättigungseffekte zu vermeiden.According to the invention, an override of the analog-to-digital converters ADC 1 to ADC n is avoided by connecting the limiters B 1 to B n , which are preferably limiters without a memory effect, whereby the individual amplitude channels K 1 to K n are limited differently can to avoid the unwanted saturation effects.

Die Funktionalität der in 1 gezeigten Anordnung ist derart, dass das analoge Eingangssignal SA auf die mehreren Kanäle K1 bis Kn aufgeteilt wird. Jeder Kanal verfügt über einen Vorverstärker V1 bis Vn, einen Begrenzer B1 bis Bn sowie einen Analog-Digital-Wandler ADC1 bis ADCn. Die einzelnen Verstärker V1 bis Vn werden vorzugsweise so eingestellt, dass die Kanäle das Eingangssignal SA mit abnehmender Auflösung abtasten. Dies bedeutet z.B., dass der Analog-Digital-Wandler ADC1 des ersten Kanals K1 einen Teil des Amplitudenbereichs des analogen Eingangssignals SA mit hoher Auflösung abtastet. Der Analog-Digital-Wandler ADC2 des zweiten Kanals K2 tastet den Teil des Amplitudenbereichs des analogen Eingangssignals SA mit Auflösung ab, die niedriger ist, als die Auflösung des ersten Analog-Digital-Wandlers ADC1. Der Analog-Digital-Wandler ADCn des n-ten Kanals Kn tastet den Teil des Amplitudenbereichs des analogen Eingangssignals SA somit mit der geringsten Auflösung ab.The functionality of in 1 shown arrangement is such that the analog input signal S A is divided into the plurality of channels K 1 to K n . Each channel has a preamplifier V 1 to V n , a limiter B 1 to B n and an analog-to-digital converter ADC 1 to ADC n . The individual amplifiers V 1 to V n are preferably set so that the channels sample the input signal S A with decreasing resolution. This means, for example, that the analog-to-digital converter ADC 1 of the first channel K 1 samples a part of the amplitude range of the analog input signal S A with high resolution. The analog-to-digital converter ADC 2 of the second channel K 2 samples the part of the amplitude range of the analog input signal S A at a resolution which is lower than the resolution of the first analog-to-digital converter ADC 1 . The analog-digital converter ADC n of the n-th channel K n thus samples the part of the amplitude range of the analog input signal S A with the lowest resolution.

Das digitale Ausgangssignal SD wird aus den Ausgangssignalen der Kanäle zusammengesetzt, wobei anfänglich z.B. der erste Kanal K1 zur Abtastung des Eingangssignals herangezogen wird. In dieser Situation gibt die Ausgangsschaltung 104 das digitale Signal von dem ersten Kanal K1 als Ausgangssignal aus. Wird bei der Abtastung in dem ersten Kanal K1 eine vorbestimmte Situation erreicht oder erkannt, so wird auf den nächsten Kanal K2 umgeschaltet, der das Eingangssignal mit einer niedrigeren Auflösung als der erste Kanal K1 abtastet und als Ausgangssignal wird durch die Ausgangsschaltung 104 das von dem zweiten Kanal K2 erhaltene verwendet. Alternativ kann auch auf einen anderen Kanal mit niedriger Auflösung umgeschaltet werden, der nicht notwendigerweise der Kanal mit der nächst niedrigeren Auflösung ist.The digital output signal S D is composed of the output signals of the channels, wherein initially, for example, the first channel K 1 is used to sample the input signal. In this situation, the output circuit gives 104 the digital signal from the first channel K 1 as an output signal. If a predetermined situation is reached or detected during the sampling in the first channel K 1 , the system switches over to the next channel K 2 , which samples the input signal at a lower resolution than the first channel K 1 and is output by the output circuit 104 that used by the second channel K2 used. Alternatively, it is also possible to switch to another low resolution channel, which is not necessarily the next lower resolution channel.

Verschiedene vorbestimmte Situationen können zu der erforderlichen Umschaltung führen. Wird erkannt, dass ein Analog-Digital-Wandler beginnt, zu übersteuern, so wird das Signal vom nächsten Analog-Digital-Wandler im nächsten Kanal K2 abgetastet. Die beginnende Übersteuerung eines Analog-Digital-Wandlers kann z.B. dadurch erkannt werden, dass die Verstärkerelemente in dem Analog-Digital-Wandler im leichten Sättigungsbereich arbeiten, wie dies durch eine Signalauswertung in Verbindung mit der bekannten Kennlinie der Elemente ohne weiteres möglich ist. Um eine tiefe Sättigung an den Verstärkern und an den Analog-Digital-Wandlern zu vermeiden, ist in jedem Kanal K1 bis Kn der Begrenzer B1 bis Bn vorgesehen. Der n-te Verstärker Vn wird vorzugsweise so eingestellt, dass der Analog-Digital-Wandler ADCn des zugeordneten Kanals Kn den gesamten Aussteuerungsbereich abtastet.Various predetermined situations may result in the required switching. If it is detected that an analog-to-digital converter is starting to overdrive, the signal is sampled by the next analog-to-digital converter in the next channel K 2 . The incipient overdriving of an analog-to-digital converter can be recognized, for example, by the fact that the amplifier elements in the analog-to-digital converter operate in the light saturation range, as is readily possible by a signal evaluation in conjunction with the known characteristic curve of the elements. In order to avoid a deep saturation at the amplifiers and at the analog-to-digital converters, K 1 to K n of the limiter B 1 to B n is provided in each channel. The nth amplifier V n is preferably set so that the analog-to-digital converter ADC n of the assigned channel K n scans the entire modulation range.

Alternativ kann auch ausgehend von dem Kanal mit der geringsten Auflösung ausgegangen werden, um zunächst zu bestimmen, mit welcher Auflösung das Eingangssignal abgetastet werden kann, so dass ansprechend hierauf der geeignete Kanal ausgesucht werden kann. Ist dieser Kanal gefunden kann natürlich zusätzlich der oben beschrieben Ansatz eingesetzt werden, also bei einer sich andeutenden Übersteuerung in dem gewählten Kanal wird auf den Kanal mit der nächst niedrigeren Auflösung oder alternativ auf einen beliebigen Kanal mit niedriger Auflösung umgeschaltet werden.alternative can also be assumed starting from the channel with the lowest resolution, at first to determine with what resolution the input signal can be sampled so as to be responsive thereto the appropriate channel can be selected. Is this channel can be found Naturally additionally the approach described above are used, ie at a suggestive override in the chosen one Channel will be on the channel with the next lower resolution or alternatively be switched to any channel with low resolution.

Anstelle der in 1 gezeigten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und hier insbesondere der erfindungsgemäßen Signalverarbeitungseinheit kann diese auch andere Ausgestaltungen haben, wie diese anhand der 2 nun beschrieben werden.Instead of in 1 shown embodiment of the device according to the invention and in particular the signal processing unit according to the invention, this may also have other configurations, as these on the basis of 2 will now be described.

In 2A ist eine erste Modifikation der Signalverarbeitungseinheit 102 gezeigt, in der die Begrenzer B1 bis Bn den Vorverstärkern V1 bis Vn vorgeschaltet sind. Ansonsten entspricht die Signalverarbeitungseinheit 102 der in 1 gezeigten Einheit. 2B zeigt eine weitere Modifikation der Signalverarbeitungseinheit 102, wobei hier in jedem der Kanäle K1 bis Kn zwei Vorverstärker V11 bis Vn3 vorgesehen sind, wobei in jedem Kanal zwischen zwei aufeinanderfolgenden Vorverstärkern der entsprechende Begrenzer B1 bis Bn angeordnet ist.In 2A is a first modification of the signal processing unit 102 shown, in which the limiter B 1 to B n are preceded by the preamplifiers V 1 to V n . Otherwise, the signal processing unit corresponds 102 the in 1 shown unit. 2 B shows a further modification of the signal processing unit 102 , wherein here in each of the channels K 1 to K n two preamplifiers V 11 to V n3 are provided, wherein in each channel between two successive preamplifiers of the corresponding limiter B 1 to B n is arranged.

Die anhand der 1 und 2 beschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung findet vorzugsweise ihre Verwendung in einem System zur Zeitbereichsmessung der Störaussendungen im Bereich der elektromagnetischen Verträglichkeit, wobei das erfasste analoge Messsignal durch die mehreren Kanäle K1 bis Kn verstärkt und analog-digital-gewandelt wird. Das zu messende Signal wird, wie erwähnt, auf die mehreren Kanäle aufgeteilt und in jedem Kanal mit einer unterschiedlichen Verstärkung verstärkt und anschließend über einen Analog-Digital-Wandler in ein digitales Signal umgesetzt. Die einzelnen Kanäle umfassen eine unterschiedliche analoge Vorverstärkung und, wie anhand der 1 und 2 beschrieben wurde, ist in jedem Kanal im analogen Vorverstärkerteil, vor dem jeweiligen Analogverstärker oder nach dem Analogverstärker oder zwischen zwei Analogverstärkern zwischengeschaltet ein Begrenzer angeordnet, der die Amplitude des Analogsignals im jeweiligen Kanal begrenzt, so dass die dem analogen Kanal nachgeschalteten Analog-Digital-Wandler nicht übersteuert werden.The basis of the 1 and 2 The device according to the invention preferably finds its use in a system for time domain measurement of the interference emissions in the field of electromagnetic compatibility, wherein the detected analog measurement signal is amplified by the multiple channels K 1 to K n and converted analog-to-digital. The signal to be measured is, as mentioned, divided into the plurality of channels and amplified in each channel with a different gain and then converted via an analog-to-digital converter into a digital signal. The individual channels comprise a different analog preamplification and, as shown by the 1 and 2 has been described, in each channel in the analog preamplifier part, in front of the respective analog amplifier or after the analog amplifier or between two analog amplifiers interposed a limiter which limits the amplitude of the analog signal in the respective channel, so that the analog channel downstream of the analog-to-digital converter not overdriven.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ferner eine Steuerung (nicht gezeigt) vorgesehen, um die Verstärkungsfaktoren der analogen Verstärker in der Signalverarbeitungseinheit 102 einzustellen. Basierend auf einer digitalen Auswertung wird über die Steuerung bewirkt, dass die Verstärkungsfaktoren der einzelnen Kanäle so eingestellt werden, dass die Kanäle unterschiedliche Amplitudenbereiche des Analogsignals erfassen.In accordance with a preferred embodiment of the present invention, a controller (not shown) is further provided to adjust the gain factors of the analog amplifiers in the signal processing unit 102 adjust. Based on a digital evaluation, the control causes the amplification factors of the individual channels to be set such that the channels detect different amplitude ranges of the analog signal.

Der Ausgang 104 der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorzugsweise ausgestaltet, um die Ausgangssignale der Analog- Digital-Wandler digital zu überlagern und weiterhin vorzugsweise werden die einzelnen Kanäle digital gewichtet, wobei die Gewichtungsfaktoren invers zum analogen Verstärkungsfaktor im zugeordneten Kanal sind, so dass auf diese Weise das digitale Signal SD mit einem höheren Dynamikumfang rekonstruiert werden kann.The exit 104 The device according to the invention is preferably designed to digitally superimpose the output signals of the analog-to-digital converters, and further preferably the individual channels are digitally weighted, wherein the weighting factors are inversely related to the analog gain factor in the associated channel, so that in this way the digital signal S D can be reconstructed with a higher dynamic range.

Bei den in 1 und 2 gezeigten Begrenzern handelt es sich vorzugsweise um reflexionsarme Begrenzer, die auch während dem Begrenzen des analogen Eingangssignals eine definierte Eingangsimpedanz beibehalten, die der konjugiert komplexen Ausgangsimpedanz des vorgeschalteten Tors entspricht. Hierdurch wird sichergestellt, dass im Begrenzungsfall der begrenzte Signalanteil im Begrenzer absorbiert wird.At the in 1 and 2 Limiters shown are preferably low-reflection limiter, which maintain a defined input impedance during the limiting of the analog input signal, which corresponds to the complex conjugate output impedance of the upstream gate. This ensures that in limited circumstances the limited signal component is absorbed in the limiter.

3A zeigt den Aufbau eines erfindungsgemäßen Begrenzers. Ausgehend von einem herkömmlichen Begrenzer, der nur durch die in 3A erkennbare antiparallele Schaltung der Dioden D3 und D4 gebildet ist, lehrt die vorliegende Erfindung zusätzlich die gegeneinander verschalteten Dioden D1 und D2 sowie die zusätzlichen Widerstände. Der erfindungsgemäße Begrenzer empfängt an einem Anschluss VIN ein Eingangssignal und gibt an einem Ausgang VOUT ein Ausgangssignal aus. Zwischen den Eingang VIN und den Ausgang VOUT sind die zwei Dioden D1 und D2 in Serie derart verschaltet, dass deren Kathodenanschlüsse einander zugewandt sind. Parallel zum Eingang VIN ist ein erster Widerstand R1 über eine Drosselspule Lchoke mit einer Gleichstromleistungsversorgung V5 verbunden, die ihrerseits gegen Masse verschaltet ist. Zwischen die Dioden D1 und D2 ist ein Widerstand R3 parallel gegen Masse geschaltet, wobei zwischen dem Widerstand R3 und den Dioden D1 und D2 ebenfalls eine Drosselspule Lchoke geschaltet ist. Ferner ist ein zweiter Widerstand R2 parallel zum Ausgang VOUT geschaltet, dessen zweiter Anschluss über eine Drosselspule Lchoke mit einer Gleichstromversorgungsspannung V5 verbunden ist, die ihrerseits gegen Masse geschaltet ist. Zusätzlich sind die Dioden D3 und D4 vorge sehen, die in einer Parallelschaltung derart angeordnet sind, dass eine Kathode der Diode D3 und die Anode der Diode D4 mit dem Ausgang VOUT verbunden sind. Die Anode der Diode D3 ist gegen Masse verschaltet und die Kathode der Diode D4 ist mit der Leistungsversorgung VP verbunden, die ihrerseits mit Masse verbunden ist. Zusätzlich sind die üblichen Entkopplungskapazitäten C an den entsprechenden Stellen der Schaltung vorgesehen. 3A shows the structure of a limiter according to the invention. Starting from a conventional limiter, only by the in 3A recognizable antiparallel circuit of the diodes D 3 and D 4 is formed, the present invention additionally teaches the mutually connected diodes D 1 and D 2 and the additional resistors. The limiter according to the invention receives an input signal at a terminal V IN and outputs an output signal at an output V OUT . Between the input V IN and the output V OUT , the two diodes D 1 and D 2 are connected in series such that their cathode terminals face each other. Parallel to the input V IN , a first resistor R 1 is connected via a choke coil L choke with a DC power supply V 5 , which in turn is connected to ground. Between the diodes D 1 and D 2 , a resistor R 3 is connected in parallel to ground, between the resistor R 3 and the diodes D 1 and D 2 also a choke coil L choke is connected. Further, a second resistor R 2 is connected in parallel with the output V OUT , whose second terminal is connected via a choke coil L choke with a DC supply voltage V 5 , which in turn is connected to ground. In addition, the diodes D 3 and D 4 are provided, which are arranged in a parallel connection such that a cathode of the diode D 3 and the anode of the diode D 4 are connected to the output V OUT . The anode of the diode D 3 is connected to ground and the cathode of the diode D 4 is connected to the power supply V P , which in turn is connected to ground. In addition, the usual decoupling capacitances C are provided at the corresponding points of the circuit.

Die Funktionalität der in 3A gezeigten Anordnung ist derart, dass die in Serie geschalteten Dioden D1 und D2, die über einen eingeprägten Strom gesteuert werden, bei kleinen Signalamplituden einen nahezu konstanten Durchgangswiderstand zeigen. Die Dioden D3 und D4, die über eine Spannungsquelle vorgespannt sind, zeigen einen hohen, parallel geschalteten Widerstand. Bei hohen Eingangsamplituden sinkt der Widerstand der Dioden D3 und D4, wobei gleichzeitig der Widerstand der Dioden D1 und D2 zunimmt. Der in 3A beschriebene bekannte Begrenzer umfasst das antiparallele Diodenpaar D3 und D4, welches gegen Masse geschaltet wird. Wird das Signal begrenzt, sinkt der Eingangswiderstand auf den minimalen Widerstand der Diode ab. Dadurch ergeben sich am Eingang auch schon bei geringen Eingangsspannungen im Begrenzungsfall Reflexionen. Durch das Vorschalten der Dioden D1 und D2 ergibt sich am Eingang eine Eingangsimpedanz, die hochohmiger ist als die Eingangsimpedanz des einzelnen antiparallelen Diodenpaars, welches gegen Masse geschaltet ist. Dabei ist die Eingangsimpedanz stark von einer nicht-linearen Kennlinie der Dioden abhängig. Dies führt insbesondere bei sehr hohen Amplituden zu einem hochohmigen Eingangswiderstand und damit zu Reflexionen.The functionality of in 3A The arrangement shown is such that the series-connected diodes D 1 and D 2 , which are controlled by an impressed current, show a nearly constant volume resistance at low signal amplitudes. The diodes D 3 and D 4 , which are biased by a voltage source, show a high, parallel resistor. At high input amplitudes, the resistance of the diodes D 3 and D 4 decreases, at the same time the resistance of the diodes D 1 and D 2 increases. The in 3A Known limiter described includes the antiparallel diode pair D 3 and D 4 , which is connected to ground. If the signal is limited, the input resistance drops to the minimum resistance of the diode. This results in the input even at low input voltages in the limiting case reflections. By connecting the diodes D 1 and D 2 there is an input impedance at the input, which has a higher impedance than the input impedance of the individual antiparallel diode pair, which is connected to ground. The input impedance is strongly dependent on a non-linear characteristic of the diodes. This leads, in particular at very high amplitudes, to a high-impedance input resistance and thus to reflections.

Gemäß einem weitern Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird es bevorzugt, einen reflexionsarmen Begrenzer zu verwenden. Um einen solchen reflexionsarme Begrenzer zu erhalten, wird der aus 3A bekannte Begrenzer weiter modifiziert, in dem parallel zu den Dioden D1 und D2, die in 3A gezeigt sind, ein Widerstand geschaltet wird, um die Eingangsimpedanz auch für höhere Signalamplituden auf einen definierten Wert festzulegen. Der sich so ergebende Aufbau ist beispielhaft in 3B gezeigt, in der zusätzlich der Überbrückungswiderstand Rb gezeigt ist, der zwischen die Anoden der Dioden D1 und D2 geschaltet ist. Ansonsten entspricht die in 3B gezeigte Schaltung der in 3A gezeigten Schaltung.According to another embodiment of the present invention, it is preferred to use a low reflection limiter. In order to obtain such a low-reflection limiter, the off 3A known limiter further modified in which parallel to the diodes D 1 and D 2 , in 3A are shown, a resistor is switched to set the input impedance for higher signal amplitudes to a defined value. The resulting structure is exemplary in 3B shown, in addition, the bypass resistance R b is shown, which is connected between the anodes of the diodes D 1 and D 2 . Otherwise corresponds to in 3B shown circuit of in 3A shown circuit.

Es ergibt sich damit für hohe Amplituden als Eingangsimpedanz die Summe über den Widerstand Rb und den minimalen Widerstand der Dioden D3 und D4.This results in the sum of the resistance R b and the minimum resistance of the diodes D 3 and D 4 for high amplitudes as input impedance.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wie es insbesondere bei der Messung der elektromagnetischen Verträglichkeit Einsatz findet, wird zur Aufteilung der Signale auf die verschiedenen Kanäle ein Leistungsteiler im Eingang 100 eingesetzt. Da im Bereich der elektromagnetischen Verträglichkeit sowohl Störgrößen mit hoher Amplitude als auch Störungen, welche nur eine minimal größere Amplitude zeigen als das thermische Rauschen, ist es erforderlich, das System so zu gestalten, dass zum Signal des empfindlichsten Kanals möglichst ein geringes thermisches Rauschen hinzugefügt wird. Vorzugsweise wird daher vorgeschlagen, das analoge Eingangssignal SA durch einen asymmetrischen Leistungsteiler auf zwei oder mehrere Kanäle aufzuteilen, wobei der empfindlichste Kanal vorzugsweise die geringste Dämpfung erfährt.According to a further exemplary embodiment of the present invention, as used in particular for the measurement of the electromagnetic compatibility, a power divider in the input is used to split the signals onto the various channels 100 used. Since in the field of electromagnetic compatibility both high-amplitude disturbances and disturbances which show only a minimally larger amplitude than the thermal noise, it is necessary to design the system in such a way that as low as possible a thermal noise is added to the signal of the most sensitive channel , Preferably, therefore, it is proposed to divide the analog input signal S A by an asymmetrical power divider to two or more channels, wherein the most sensitive channel preferably undergoes the least attenuation.

Die Verwendung eines asymmetrischen Leistungsteilers hat gegenüber einem symmetrischen Leistungsteiler folgende Vorteile. Wird ein symmetrischer Leistungsteiler verwendet, so wird jeder der Kanäle mit einer im wesentlichen gleichen Dämpfung beaufschlagt. Wie oben beschrieben wurde, verarbeiten die Kanäle jeweils unterschiedliche Amplitudenbereiche des Eingangssignals. Der erste, empfindlichste Kanal hat eine hohen Auflösung, verarbeitet also nur kleine Amplitudenbereiche. Um ein Signal zu erhalten, das durch den Analog-Digital-Wandler verarbeitet werden kann, ist es erforderlich, dieses Signal ausreichend zu verstärken. Da das Signal mit einer zusätzlichen Bedämpfung aufgrund der Aufteilung unter Verwendung des symmetrischen Leistungsteilers beaufschlagt ist, ist eine hohe Verstärkung erforderlich, die natürlich auch zu einer Verstärkung unerwünschter Signalanteile, z.B. Rauschen, führt. Durch die Verwendung eines asymmetrischen Leistungsteilers, der die empfindlicheren Kanäle weniger bedämpft ist es möglich, die in diesen Kanälen erforderlichen Verstärkungen zu reduzieren, womit eine entsprechend geringere Verstärkung unerwünschter Signalanteile einhergeht.The Use of an asymmetrical power divider has opposite one symmetrical power divider following advantages. Becomes a symmetrical one Power divider used, so each of the channels with a substantially same damping applied. As described above, the channels process respectively different amplitude ranges of the input signal. The first, most sensitive Channel has a high resolution, So only processes small amplitude ranges. To send a signal received, which are processed by the analog-to-digital converter If necessary, it is necessary to amplify this signal sufficiently. There the signal with an additional attenuation due to the division using the symmetrical power divider is required, a high gain is required, of course, too to a reinforcement undesirable Signal components, e.g. Noise, leads. By using an asymmetrical power divider, the the more sensitive channels less damped Is it possible, in those channels required reinforcements to reduce, whereby a correspondingly lower reinforcement unwanted Signal shares goes along.

Für eine breitbandige Realisierung ist der Leistungsteiler vorzugsweise als resistiver Leistungsteiler realisiert, wie er beispielsweise in der 4 gezeigt ist. Abhängig von der Empfindlichkeit eines Kanals, kann die eingebrachte Rauschleistung ein Problem darstellen. In einem Kanal, der einen großen Amplitudenbereich abtastet, ist die zusätzlich eingebrachte Rauschleistung weniger kritisch, jedoch kann die in einen empfindlicheren Kanal eingebrachte Rauschleistung eine Verarbeitung des Nutzsignals stören oder unmöglich machen. Aus diesem Grund ist der erfindungsgemäße, resitive Leistungsteiler derart ausgestaltet, dass die zu den Kanälen hinzugefügte Rauschleistung für den empfindlichsten Kanal minimal ist.For a broadband implementation of the power divider is preferably realized as a resistive power divider, as he, for example, in the 4 is shown. Depending on the sensitivity of a channel, the introduced noise power can be a problem. In a channel that samples a large amplitude range, the added noise power is less critical, but the noise power introduced into a more sensitive channel can interfere with or render impossible processing of the wanted signal. For this reason, the resitive power divider according to the invention is designed in such a way that the noise power added to the channels is minimal for the most sensitive channel.

Obwohl bei der obigen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele die Verwendung eines Begrenzers in jedem der Kanäle beschrieben wurde, wird darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt ist. Die Begrenzung ist nicht zwingend in jedem der Kanäle erforderlich. Ob eine Begrenzung tatsächlich erforderlich ist, hängt von dem in einem Kanal verarbeiteten Amplitudenbereich ab. Ein Kanal, der nur einen niedrigen Amplitudenbereich abtastet (Kanal mit hoher Empfindlichkeit), wird einen Begrenzer aufweisen, da die Überschreitung der maximal verarbeitbaren Amplitude den Analog-Digital-Wandler über steuern würde. Mit abnehmender Empfindlichkeit der Kanäle wird die Gefahr einer Übersteuerung abnehmen, wobei in dem Kanal mit der geringsten Empfindlichkeit, also dem Kanal, der ausgelegt ist, den gesamten Amplitudenbereich des Eingangssignal abzutasten, eine Übersteuerung im Regelfall nicht auftreten wird. In diesem Kanal ist der Analog-Digital-Wandler ausgestaltet, um Signale mit Amplituden über den gesamten zu erwartenden Amplitudenbereich zu verarbeiten. Aus Sicherheitsgründen kann jedoch vorgesehen sein, dennoch eine Begrenzung in allen Kanälen vorzusehen, um eine etwaige Übersteuerung aufgrund von hohen Signalpegeln, die auf andere Weise als durch das Eingangssignal hervorgerufen werden, sicher zu vermeiden.Even though in the above description of the preferred embodiments, the use a limiter in each of the channels has been described noted that the present invention is not hereto limited is. The limitation is not necessarily required in each of the channels. Whether a limitation actually is required depends from the amplitude range processed in a channel. A channel, which scans only a low amplitude range (channel with high Sensitivity), will have a limiter, since the overshoot the maximum processable amplitude of the analog-to-digital converter over would. With decreasing sensitivity of the channels will increase the risk of overdriving decrease in the channel with the lowest sensitivity, So the channel that is designed, the entire amplitude range of the input signal, an override usually not will occur. In this channel, the analog-to-digital converter is designed to receive signals with amplitudes over to process the entire expected amplitude range. Out security However, it may be provided to nevertheless provide a limit in all channels, for a possible override due to high signal levels other than through the input signal caused to be sure to avoid.

Die obige Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele erfolgte anhand von Eingangssignalen, die durch eine Zeitbereichsmessung von Störmessungen im Bereich der elektromagnetischen Verträglichkeit erhalten wurden. Die vorliegende Erfindung ist nicht hierauf beschränkt. Alternativ werden die Eingangssignale durch eine Messung einer ESD-Entladung oder durch eine Messung einer Störfestigkeit erhalten. Allgemein ist die vorliegende Erfindung aber für alle Eingangssignale einsetzbar, die durch eine Zeitbereichsmessung erhalten werden, z.B. allgemeine Störsignale oder Datenübertragungssignale im Ultra Wide Band.The The above description of the preferred embodiments was made with reference to of input signals obtained by a time domain measurement of interference measurements were obtained in the field of electromagnetic compatibility. The present invention is not limited thereto. alternative be the input signals by measuring an ESD discharge or through a measurement of immunity to interference receive. Generally, however, the present invention is applicable to all input signals can be used, which are obtained by a time domain measurement, e.g. general interference signals or data transmission signals in the Ultra Wide Band.

Claims (38)

Verfahren zur Analog-Digital-Wandlung eines Eingangssignals (SA) mit hoher Dynamik, mit folgenden Schritten: (a) Anlegen des Eingangssignals (SA) an zumindest zwei Kanäle (K1 bis Kn); (b) Verstärken des Eingangssignals in jedem der Kanäle (K1 bis Kn) mit einem dem jeweiligen Kanal zugeordneten Verstärkungsfaktor; und (c) Analog-Digital-Wandeln des verstärkten Eingangssignals in jedem der Kanäle (K1 bis Kn); gekennzeichnet durch folgenden Schritt: (d) Begrenzen des zur Analog-Digital-Wandlung anstehenden Signals in zumindest einem der Kanäle (K1 bis Kn), um eine Übersteuerung eines verwendeten Analog-Digital-Wandlers (ADC1 bis ADCn) zu vermeiden.A method for analog-to-digital conversion of an input signal (S A ) with high dynamics, comprising the following steps: (a) applying the input signal (S A ) to at least two channels (K 1 to K n ); (b) amplifying the input signal in each of the channels (K 1 to K n ) with a gain factor associated with the respective channel; and (c) analog-to-digital converting the amplified input signal in each of the channels (K 1 to K n ); characterized by the following step: (d) limiting the analog-to-digital conversion signal in at least one of the channels (K 1 to K n ) in order to avoid overloading of a used analog-to-digital converter (ADC 1 to ADC n ) , Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt (d) das Begrenzen des Eingangssignals (SA) vor dem Schritt (b) oder das Begrenzen des im Schritt (c) verstärkten Eingangssignal umfasst.The method of claim 1, wherein step (d) comprises limiting the input signal (S A ) prior to step (b) or limiting the input signal amplified in step (c). Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt (d) das Begrenzen des im Schritt (c) verstärkten Eingangssignals umfasst, wobei das Verfahren ferner das weitere Verstärken des begrenzten Signals vor dem Schritt (c) umfasst.The method of claim 1, wherein step (d) includes limiting the input signal amplified in step (c), the method further comprising further amplifying the limited signal before step (c). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Verstärkungsfaktor für jeden der Kanäle (K1 bis Kn) derart einstellbar ist, dass die Kanäle (K1 bis Kn) jeweils unterschiedliche Amplitudenbereiche des Eingangssignals (SA) erfassen.Method according to one of Claims 1 to 3, in which the amplification factor for each of the channels (K 1 to K n ) can be set such that the channels (K 1 to K n ) respectively detect different amplitude ranges of the input signal (S A ). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit folgendem Schritt: (e) Überlagern der Ausgangssignale der Analog-Digital-Wandler (ADC1 bis ADCn) der Kanäle (K1 bis Kn), um eine digitale Version (SD) des Eingangssignals zu erhalten.Method according to one of Claims 1 to 4, with the following step: (e) superimposing a digital version (S D ) on the output signals of the analog-to-digital converters (ADC 1 to ADC n ) of the channels (K 1 to K n ). of the input signal. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Schritt (e) das Gewichten der einzelnen Kanäle (K1 bis Kn) umfasst, wobei die jeweiligen Gewichtungsfaktoren invers zu den analogen Verstärkungsfaktoren der entsprechenden Kanäle sind.The method of claim 5, wherein step (e) comprises weighting the individual channels (K 1 to K n ), wherein the respective weighting factors are inverse to the analogue gain factors of the respective channels. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der im Schritt (d) begrenzte Signalanteil im Wesentlichen reflexionsfrei absorbiert wird.Method according to one of claims 1 to 6, wherein the im Step (d) limited signal component substantially free of reflection is absorbed. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der Schritt (d) das Einstellen eines Schwellenwerts die Begrenzung in zumindest einem der Kanäle (K1 bis Kn) umfasst, wobei der Schwellenwert derart eingestellt wird, dass der zugeordnete Kanal einen vorbestimmten Amplitudenbereich des Eingangssignals (SA) erfasst.Method according to one of claims 1 to 7, wherein the step (d) comprises setting a threshold, the limitation in at least one of the channels (K 1 to K n ), wherein the threshold value is set such that the associated channel has a predetermined amplitude range of the input signal (S A ) detected. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem der Schritt (a) ein asymmetrisches Verteilen der Eingangssignalleistung auf die Kanäle (K1 bis Kn) umfasst.The method of any of claims 1 to 8, wherein step (a) comprises asymmetrically distributing the input signal power to the channels (K 1 to K n ). Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das Eingangssignal für jeden der Kanäle mit einer unterschiedlichen Dämpfung beaufschlagt wird.Method according to claim 9, wherein the input signal for each of the channels with a different damping is charged. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem der empfindlichste Kanal mit der geringsten Dämpfung beaufschlagt wird.The method of claim 10, wherein the most sensitive Channel with the lowest attenuation acted upon becomes. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem der Schritt (a) das Beaufschlagen jedes der Kanäle mit einer unterschiedlichen Rauschleistung umfasst.Method according to one of claims 1 to 8, wherein the step (a) applying each of the channels to a different one Noise power includes. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der empfindlichste Kanal mit einer minimalen Rauschleistung beaufschlagt wird.The method of claim 12, wherein the most sensitive Channel is subjected to a minimum noise power. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem das Eingangssignal (SA) durch eine Zeitbereichsmessung erhalten wird.Method according to one of Claims 1 to 13, in which the input signal (S A ) is obtained by a time domain measurement. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem das Eingangssignal (SA) ein Datenübertragungssignal ist.Method according to one of Claims 1 to 14, in which the input signal (S A ) is a data transmission signal. Verfahren nach Ansprüche 15, bei dem das Datenübertragungssignal ein Signal im Ultra Wide Band ist.The method of claim 15, wherein the data transmission signal is a signal in the ultra wide band. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem das Eingangssignal (SA) durch eine Messung einer ESD-Entladung erhalten wird.Method according to one of claims 1 to 14, wherein the input signal (S A ) is obtained by a measurement of an ESD discharge. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem das Eingangssignal (SA) durch eine Messung einer Störfestigkeit erhalten wird.Method according to one of Claims 1 to 14, in which the input signal (S A ) is obtained by measuring immunity to interference. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem das Eingangssignal (SA) durch eine Zeitbereichsmessung von Störmessungen im Bereich der elektromagnetischen Verträglichkeit erhalten wird.Method according to one of claims 1 to 14, wherein the input signal (S A ) is obtained by a time domain measurement of interference measurements in the field of electromagnetic compatibility. Vorrichtung zur Analog-Digital-Wandlung eines Eingangssignals (SA) mit hoher Dynamik, mit einem Eingang (100) zum Anlegen des Eingangssignals (SA) an zumindest zwei Kanäle (K1 bis Kn); einem Verstärker (V1, bis Vn) in jedem der Kanäle (K1 bis Kn) mit einem dem jeweiligen Kanal zugeordneten Verstärkungsfaktor; und einem Analog-Digital-Wandler (ADC1 bis ADCn) in jedem der Kanäle (K1 bis Kn); gekennzeichnet durch einen Begrenzer (B1 bis Bn) in zumindest einem der Kanäle (K1 bis Kn), um eine Übersteuerung des Analog-Digital-Wandlers (ADC1 bis ADCn) zu vermeiden.Device for analog-to-digital conversion of an input signal (S A ) with high dynamics, with an input ( 100 ) for applying the input signal (S A ) to at least two channels (K 1 to K n ); an amplifier (V 1 , to V n ) in each of the channels (K 1 to K n ) having a gain factor associated with the respective channel; and an analog-to-digital converter (ADC 1 to ADC n ) in each of the channels (K 1 to K n ); characterized by a limiter (B 1 to B n ) in at least one of the channels (K 1 to K n ) in order to avoid overloading of the analog-to-digital converter (ADC 1 to ADC n ). Vorrichtung nach Anspruch 20, bei der der Begrenzer (B1 bis Bn) vor oder nach dem Verstärker (V1 bis Vn) angeordnet ist.Device according to Claim 20, in which the limiter (B 1 to B n ) is arranged before or after the amplifier (V 1 to V n ). Vorrichtung nach Anspruch 20, bei der der Begrenzer nach dem Verstärker (V11 bis Vn1) angeordnet ist, wobei eine weiterer Verstärker (V2 bis Vn3) zwischen dem Begrenzer (B1 bis Bn) und dem Analog-Digital-Wandler (ADC1 bis ADCn) angeordnet ist.Apparatus according to claim 20, wherein the limiter is arranged after the amplifier (V 11 to V n1 ), wherein a further amplifier (V 2 to V n3 ) between the limiter (B 1 to B n ) and the analog-to-digital converter (ADC 1 to ADC n ) is arranged. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 22, bei der der Verstärkungsfaktor des Verstärkers (V1 bis Vn) für jeden der Kanäle (K1 bis Kn) derart einstellbar ist, dass die Kanäle jeweils unterschiedliche Amplitudenbereiche des Eingangssignals (SA) erfassen.Device according to one of claims 20 to 22, wherein the gain of the amplifier (V 1 to V n ) for each of the channels (K 1 to K n ) is adjustable such that the channels respectively detect different amplitude ranges of the input signal (S A ) , Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 23, mit einem Ausgang (104) zum Überlagern der Ausgangssignale der Analog-Digital-Wandler (ADC1 bis ADCn) der Kanäle (K1 bis Kn), um eine digitale Version (SD) des Eingangssignals zu erhalten.Device according to one of claims 20 to 23, having an output ( 104 ) for superimposing the outputs of the analog-to-digital converters (ADC 1 to ADC n ) of the channels (K 1 to K n ) to obtain a digital version (S D ) of the input signal. Vorrichtung nach Anspruch 24, bei der der Ausgang (104) wirksam ist, um die einzelnen Kanäle (K1 bis Kn) zu gewichten, wobei die jeweiligen Gewichtungsfaktoren invers zu den analogen Verstärkungsfaktoren der entsprechenden Kanäle sind.Device according to Claim 24, in which the output ( 104 ) is effective to weight the individual channels (K 1 to K n ), the respective weighting factors being inversely related to the analogue amplification factors of the respective channels. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 25, bei der der Begrenzer ((B1 bis Bn) wirksam ist, um den begrenzten Signalanteil im Wesentlichen reflexionsfrei zu absorbieren.Apparatus according to any one of claims 20 to 25, wherein the limiter ((B 1 to B n ) is operative to substantially absorb the limited signal component without reflection. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 26, mit einer Steuerung, die wirksam ist, um einen Schwellenwert für die Begrenzer ((B1 bis Bn) in zumindest einen der Kanäle einzustellen, um in dem zugeordneten Kanal einen vorbestimmten Amplitudenbereich des Eingangssignals (SA) zu erfassen.Apparatus according to any one of claims 20 to 26, comprising a controller operative to set a threshold for the limiters ((B 1 to B n ) in at least one of the channels to produce in the associated channel a predetermined amplitude range of the input signal (S A ). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 27, bei der der Eingang (100) einen Leistungsteiler zum asymmetrischen Verteilen der Eingangssignalleistung auf die Kanäle (K1 bis Kn) umfasst.Device according to one of Claims 20 to 27, in which the input ( 100 ) comprises a power divider for asymmetrically distributing the input signal power to the channels (K 1 to K n ). Vorrichtung nach Anspruch 28, bei der Leistungsteiler wirksam ist, um das Eingangssignal für jeden der Kanäle mit einer unterschiedlichen Dämpfung zu beaufschlagen.Apparatus according to claim 28, wherein the power divider is effective to provide the input signal for each of the channels with a different damping to act on. Vorrichtung nach Anspruch 29, bei der der Leistungsverteilter wirksam ist, um den empfindlichsten Kanal mit der geringsten Dämpfung zu beaufschlagen.Apparatus according to claim 29, wherein the power distributor is effective to the most sensitive channel with the least attenuation too apply. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 30, bei der der Eingang (100) einen resistiven Leistungsteiler umfasst, um jeden der Kanäle (K1 bis Kn) mit einer unterschiedlichen Rauschleistung zu beaufschlagen.Device according to one of Claims 20 to 30, in which the input ( 100 ) comprises a resistive power divider for applying a different noise power to each of the channels (K 1 to K n ). Vorrichtung nach Anspruch 31, bei der der resistive Leistungsteiler wirksam ist, um den empfindlichsten Kanal mit einer minimalen Rauschleistung zu beaufschlagen.The device of claim 31, wherein the resistive Power divider is effective to provide the most sensitive channel with a to impose minimal noise power. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 32, bei der das Eingangssignal (SA) von einer Zeitbereichsmessung stammt.Device according to one of claims 20 to 32, wherein the input signal (S A ) originates from a time domain measurement. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 33, bei der das Eingangssignal (SA) ein Datenübertragungssignal ist.Apparatus according to any one of claims 20 to 33, wherein the input signal (S A ) is a data transmission signal. Vorrichtung nach Ansprüche 34, bei der das Datenübertragungssignal ein Signal im Ultra Wide Band ist.Apparatus according to claim 34, wherein the data transmission signal is a signal in the ultra wide band. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 33, bei der das Eingangssignal (SA) von einer Messung einer ESD-Entladung stammt.Device according to one of claims 20 to 33, wherein the Input signal (SA) comes from a measurement of an ESD discharge. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 33, bei der das Eingangssignal (SA) von einer Messung einer Störfestigkeit stammt.Device according to one of Claims 20 to 33, in which the input signal (S A ) originates from an immunity measurement. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 33, bei der das Eingangssignal von einem System zur Zeitbereichsmessung von Störaussendungen im Bereich der elektromagnetischen Verträglichkeit stammt.Device according to one of claims 20 to 33, wherein the Input signal from a system for time domain measurement of noise emissions in the field of electromagnetic compatibility.
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